Основні проблеми хімічної кінетики
Контрольная работа - Химия
Другие контрольные работы по предмету Химия
хемосорбції теплові ефекти по величині наближаються до теплових ефектів хімічних реакцій і складають 41 900 - 419 000 кдж /кмоль. Так, наприклад, теплота адсорбції кисню на вуглеці дорівнює 335200 кдж/кмоль (близько 80 ккал/моль), а теплота згоряння вуглецю складає 393860 кдж/моль (94 ккал/моль). У цьому випадку дійсно утвориться стабільне зєднання і при спробах видалити адсорбат з поверхні шляхом вакуумування разом з киснем виділяється деяка кількість окису вуглецю.
Вплив температури.
Важливо розрізняти кількість адсорбованої речовини і швидкість адсорбції. Оскільки і фізична і хімічна адсорбція - процеси екзотермічні, рівноважний зміст адсорбованої речовини завжди знижується при зростанні температури.
Фізична адсорбція протікає досить легко, тому рівноважний стан установлюється швидко навіть при низьких температурах. Хемосорбція звязана з енергією активації і швидкість процесу незначна, але істотно зростає з підвищенням температури; рівноважний стан також установлюється повільно.
Вплив тиску.
При фізичній адсорбції тиск впливає на рівновагу. При зниженні тиску система повертається у вихідний стан: процес цілком оборотний. З іншого боку, рівновага при хемосорбції майже не залежить від тиску. Мономолекулярний адсорбційний шар, що характерний для хемосорбції, утворюється навіть при дуже низьких тисках. Однак швидкість обох типів адсорбції зростає зі збільшенням тиску.
Вплив поверхні.
Для фізичної адсорбції має значення лише величина поверхні, але хімічна адсорбція - досить специфічний процес. Так, наприклад, водень хемосорбується не окисом алюмінію, а нікелем, і кисень не окисом магнію, а вуглецем. Таке поводження погоджується з припущенням, що хемосорбція подібна в загальному з хімічною реакцією. На хемосорбцію впливають фізичний стан поверхні і її хімічний склад. Неоднорідність поверхні каталізаторів доводиться, наприклад, тим, що теплота процесу поступово знижується в міру протікання хемосорбції. Поверхня складається з атомів різного ступеня насиченості. Атоми з країв кристалів, тріщин і виступів, імовірно, менш насичені і, отже, більш активні.
В даний час існує кілька теорій поверхневої активності. Відповідно до однієї з останніх теорій, активність поверхні обумовлена визначеними типами дефектів кристалічних ґрат. Збільшення активності каталізаторів під впливом невеликих кількостей добавок, які називаються промоторами, у деяких випадках задовільно пояснюється тим, що атоми промотору проникають у кристалічні ґрати каталізатора і викликають деформації і внутрішні напруження ґрат.
Зараз точно встановлено, що поверхня твердого тіла неоднорідна, а також, що хемосорбція і хімічна реакція протікають лише на визначених ділянках поверхні. Ці ділянки звичайно називають активними ділянками, активними центрами або активними точками.
Слід зазначити, що хемосорбція обмежена утворенням мономолекулярного шару і, таким чином, є однією зі стадій реакції на поверхні, оскільки валентні сили швидко убувають зі збільшенням відстані. Фізична адсорбція ніколи не обмежується мономолекулярним шаром.
Взагалі основні фактори, що визначають кінетику реакцій, можна сформулювати в такий спосіб:
- Адсорбція являє собою необхідну проміжну стадію каталітичних гетерогенних реакцій.
- Хемосорбція є тим типом адсорбції, що завжди супроводжує хімічні реакції на поверхні. Хемосорбція - характерна ознака гетерогенних каталітичних реакцій.
- Каталітичні поверхні неоднорідні і хемосорбція протікає переважно на активних ділянках поверхні.
Задача 3
Реакція 1-го порядку протікає на 30% при температурі 250С за 30 хвилин, а при температурі 400С за 20 хвилин. Визначити енергію активації.
Рішення:
Для реакції першого порядку використовують рівняння:
(7)
де х - ступінь перетворення;
? - час;
k - константа швидкості реакції
1/хв.
1/хв.
Енергію активації знаходимо з рівняння Ареніуса:
(8)
де R - універсальна газова постійна (8,31)
Відповідь: Енергія активації дорівнює 34,6 кдж/ моль
Задача 4
Дослідження активності радіоактивного препарату показало, що за 10 днів активність його зменшилася на 8,5%. Визначити константу швидкості реакції і час, протягом якого він розкладеться на 75%., якщо реакція розкладання має перший порядок.
Рішення:
Припускаючи, що розкладання йде по мономолекулярному закону
дня-1
Час, протягом якого препарат розкладеться на 75%, визначаємо з рівняння константи швидкості реакції, у якому Сх=75
дня
Відповідь: Константа швидкості реакції дорівнює 3,7• 104 година-1; 75% препарату розкладеться протягом 259 днів.
Задача 5
В скільки разів збільшиться швидкість розчинення заліза в соляній кислоті при підвищенні температури з 25 до 350С, якщо температурний коефіцієнт швидкості розчинення дорівнює 2,8.
Рішення:
(9)
рази
Задача 6
На підставі експериментальних даних побудувати кінетичні криві, розрахувати енергію активації і підібрати рівняння для топохімічної реакції, що характеризує кінетику перетворення, використовуючи моделі рівнянь, запропоновані Гістлінгом.
хімічна адсорбція кінетика реакція
Таблиця 1.
Експериментал